Ślimaki nagoskrzelne mają kolczaste penisy jednorazowego użytku, którymi usuwają plemniki rywala ze swojej partnerki


Jerry A. Coyne 2019-03-01


Warning: min(): Array must contain at least one element in /shared/www/webnews.textalk.com/20180914143844-b55b8a2/www/pl/include/print_article_content.php on line 297
Wiadomo, że kilka gatunków zwierząt, włącznie z ważkami, usuwają plemniki – przypuszczalnie samców, które poprzednio kopulowały z samicami – zanim wprowadzą własne plemniki. (Samce ważek mają do tego celu penis w kształcie łopatki; patrz zdjęcie na dole.) To usuwanie jest przykładem konkurencji między samcami, która jest rodzajem doboru płciowego niezależnego od preferencji samic.

Od pewnego czasu wiadomo, że niektóre gatunki ślimaków nagoskrzelnych, zachwycające  mięczaki morskie, którym brak muszli, także usuwają plemniki kolczastymi penisami. Ten gatunek należy do hermafrodytów, kiedy więc kopulują, każdy osobnik zarówno daje plemniki partnerowi, jak otrzymuje plemniki do własnych, samiczych części. (Nie zapładniają same siebie.)

W nowej pracy, opublikowanej w ”Journal of Ethology” (kliknij na link pod zrzutem z ekranu, żeby zobaczyć artykuł; pdf tutaj), Ayami Skiezawa i inni zrobili coś nowego: zrobili analizę DNA usuniętych plemników, żeby zobaczyć, czy istotnie pochodziły od samców, które kopulowały wcześniej. Przecież mogły to być własne plemniki samca, zamiast konkurenta.


Najpierw jednak system. Badano gatunek Chromodoris reticulata, urocze ślimaki nagoskrzelne znajdowane w tropikalnych i subtropikalnych wodach zachodniego Oceanu Spokojnego. Jest pokazany na zdjęciu poniżej, gdzie widać także nagie skrzela, skąd jego nazwa. (Wszystkie zdjęcia i ich podpisy są z artykułu z 2013 r. Eda Yonga w „National Geographic”.)


<span>Zdjęcie: Stephen Childs</span>
Zdjęcie: Stephen Childs

Tutaj jest kopulacja między dwoma osobnikami; widać, że każdy z nich wsuwa cienki penis do żeńskich organów tego drugiego:


<span>Dwa kopulujące </span>Chromodoris reticulata<span>. Z Sekizawa et al., Biology Letters</span>
Dwa kopulujące Chromodoris reticulata. Z Sekizawa et al., Biology Letters

Penis pokryty jest skierowanymi do tyłu kolcami, które po kopulacji pokrywają splątane plemniki. Osobliwością tego gatunku jest to, że zachodzi autotomia: penis sam się amputuje około dwadzieścia minut po kopulacji i po prostu w ciągu jednego dnia osobnikowi wyrasta nowy, gotowy do kopulacji.


<span>Po lewej: Kolce na penisie ślimaka nagoskrzelnego. Po prawej: plemniki wplątane w kolce. Z Sekizawa et al., Biology Letters</span>
Po lewej: Kolce na penisie ślimaka nagoskrzelnego. Po prawej: plemniki wplątane w kolce. Z Sekizawa et al., Biology Letters

Autorzy nowej pracy poszli o krok dalej od morfologicznych obserwacji ważek i wcześniejszej pracy, cytowanej powyżej: dokonali genetycznej analizy usuniętych plemników.


https://link.springer.com/article/10.1007/s10164-018-0562-z?wt_mc=alerts.TOCjournals&utm_source=toc&utm_medium=email&utm_campaign=toc_10164_37_1
https://link.springer.com/article/10.1007/s10164-018-0562-z?wt_mc=alerts.TOCjournals&;utm_source=toc&utm_medium=email&utm_campaign=toc_10164_37_1

Okazuje się, że choć wcześniejsze prace wyraźnie pokazywały, że takie penisy usuwają plemniki po kopulacji, nie było w pełni jasne, że te plemniki należały do samców, które kopulowały wcześniej. Choć takie usuwanie wyraźnie byłoby korzystne, dając temu, które je usuwa, więcej potomstwa niż miałby w innym wypadku, teza, że to właśnie działo się, była oparta na obserwacji ilości plemników w żeńskich częściach przed kopulacją i po jej zakończeniu. Byłoby lepiej spojrzeć na geny w plemnikach, żeby zobaczyć, czy ślimak nagoskrzelny usuwa plemniki innych samców.


I to właśnie zrobiła Sekizawa i jej koledzy. Włożyli ślimaki nagoskrzelne, które schwytali na wybrzeżu Okinawy, do akwariów i dali każdemu z nich trzech kolejnych partnerów dzień po dniu. Ustalili genetyczną budowę każdego partnera przy pomocy sześciu markerów mikrosatelitarnego DNA. Po każdej kopulacji usuwali plemniki przyczepione do kolczastego penisa i patrzyli na geny w plemnikach. To jest prosty pomysł, ale dokonanie takiej analizy jest ważne, żeby zobaczyć, co naprawdę się dzieje.  


Wyniki były kryształowo jasne: w 36 grudkach plemników zdjętych z penisów po kopulacji 28 miało geny ślimaków nagoskrzelnych, które zostawiły plemniki podczas wcześniejszych kopulacji. U niektórych znaleźli plemniki, które nie pasowały do żadnego ze ślimaków dostarczonych do kopulacji przez badaczy; mogły pochodzić z jeszcze wcześniejszych kopulacji w naturze. Znaleźli także kilka genów od samego partnera kopulacji, prawdopodobnie z kawałków tkanek, które przyczepiły się do kolczastego penisa. I w kilku wypadkach znaleźli plemniki z co najmniej dwóch poprzednich partnerów. 


To właściwie daje nam pełne zrozumienie tego zjawiska, przynajmniej w tym gatunku ślimaków nagoskrzelnych. Korzyść selekcyjna dla osobnika, który usuwa plemniki poprzedniego partnera, nie ulega wątpliwości: ma więcej potomstwa niż miałby w innym wypadku.


Pozostaje jedno pytanie: dlaczego te ślimaki amputują swoje penisy po każdej kopulacji? Autorzy sugerują odpowiedź (moje podkreślenie):

C. reticulata dokonują autotomii swojego penisa po każdej kopulacji (Sekizawa et al. 2013) i sądzi się, że autotomia penisa wyewoluowała, by skutecznie usuwać wszystkie plemniki z partnera. Wyjaśniliśmy w tym badaniu, że dawcy plemników usuwają wszystkie plemniki już nagromadzone w kopulacyjnych pojemnikach odbiorcy plemników przy pomocy skierowanych do tyłu kolców na penisie jako końcowy proces w kopulacji. Chociaż długi i kolczasty penis jest korzystny w usuwaniu obcych plemników po kopulacji, taki penis trudno jest wciągnąć z powrotem do ciała po kopulacji. A pokryte plemnikami, skierowane do tyłu kolce penisa nie usuną skutecznie obcych plemników przy następnej kopulacji, jak  taśma VelcroTM. Ta morfologiczna i funkcjonalna niewygoda mogła spowodować, że C. reticulata rozwinęła tani i kruchy penis, i pozbywa się go, zamiast mieć solidny, ale kosztowny, nadający się do powtórnego użytku.  

Tylko dla zabawy: oto jak robią to ważki. Poniższa ilustracja, pokazująca penis ważki z grudką plemników, przypuszczalnie samca, który poprzednio kopulował z samicą, jest z artykułu Jona Waage. “sm” odnosi się do masy plemników na penisie, który także ma skierowane do tyłu kolce. Ta kolczasta morfologia i jej funkcja są niezwykłymi przykładami kowergentnej ewolucji w dwóch daleko spokrewnionych grupach, owadach i mięczakach. To zdjęcie pochodzi ze strony Jona Waage w Researchgate; Waage, obecnie profesor emeritus w Brown University, dokonał tego niezwykłego odkrycia 35 lat temu.



References:

Sekizawa, A. et al. 2013. 2013. Disposable penis and its replenishment in a simultaneous hermaphrodite. Biology Letters 9: 20121150. http://dx.doi.org/10.1098/rsbl.2012.1150

Sekizawa, A., S. G. Goto, and Y. Nakashima. 2019. A nudibranch removes rival sperm with a disposable spiny penis. Journal of Ethology 37:21-29.


Nudibranchs have single-use spiny penises that remove a rival’s sperm from its mating partner

Why Evolution Is True, 24 lutego 2019

Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska



Jerry Coyne

Profesor (emeritus) na wydziale ekologii i ewolucji University of Chicago, jego książka "Why Evolution is True" (Polskie wydanie: "Ewolucja jest faktem", Prószyński i Ska, 2009r.) została przełożona na kilkanaście języków, a przez Richarda Dawkinsa jest oceniana jako najlepsza książka o ewolucji.  Jerry Coyne jest jednym z najlepszych na świecie specjalistów od specjacji, rozdzielania się gatunków.  Jest wielkim miłośnikiem kotów i osobistym przyjacielem redaktor naczelnej.